第九章 3.第1课时 电场强度 电场强度的叠加 -【优学精讲】2024-2025学年高中物理必修第三册教用课件（人教版）

该高中物理课件聚焦电场强度及叠加，系统梳理电场的物质性、电场强度定义式与点电荷场强公式，通过情景思辨（如判断电场强度与试探电荷关系）导入，衔接库仑定律，搭建从概念理解到矢量叠加的学习支架。 其亮点在于以物理观念为核心，通过互动探究辨析E=F/q与E=kQ/r²的本质区别，结合典例（如半圆弧电荷叠加）培养科学推理能力。分层训练（基础对点练与素养综合练）助力学生构建场强知识体系，教师可依托检测环节精准把握教学效果，提升课堂效率。

第1课时　电场强度　电场强度的叠加 课标要求 素养目标 1.知道电场是 一种物质。 2.了解电场强 度，体会用物 理量之比定义 新物理量的方 法。 3.用电场线描 述电场 1.掌握电场强度的概念、公式、矢量性及方向的规 定。（物理观念） 2.知道电场线，熟记几种常见电场的电场线。（物理 观念） 3.领悟比值定义法定义物理量的特点。（物理观念） 4.能根据库仑定律和电场强度的定义式推导点电荷场 强的计算式，并能进行有关的计算。（科学推理） 5.在进行场强叠加等计算时培养综合分析能力和知识 的迁移能力。（科学思维） 目 录 01. 基础知识·准落实 02. 核心要点·快突破 03. 教学效果·勤检测 04. 课时训练·提素能 基础知识·准落实 梳理归纳 自主学习 01 目录 知识点一　电场　电场强度 1. 电场 （1）概念：存在于电荷周围的一种特殊的 ，由电荷产 生。它是物质存在的一种形式。 （2）基本性质：对放入其中的电荷产生 ⁠。电荷之间 通过 ⁠相互作用。 2. 试探电荷：为研究电场各点的性质而引入的 ⁠和体积都很 小的点电荷。 物质　 力的作用　 电场　 电荷量　 目录 物理·必修第三册 3. 场源电荷：激发 的带电体所带的电荷，简称源电荷。 4. 电场强度 （1）定义：试探电荷所受的 ⁠与它的电荷量之比。 （2）定义式：E＝ ⁠。 （3）单位：牛每库，符号为N/C。 （4）方向：电场强度是 量，电场中某点电场强度的方向与 正电荷在该点所受的静电力的方向 ⁠。 电场　 静电力　 　 矢　 相同　 目录 物理·必修第三册 知识点二　点电荷的电场　电场强度的叠加 1. 点电荷的电场 （1）计算式：E＝ ⁠。 k　 目录 物理·必修第三册 （2）方向：如图甲所示，若Q为 电荷，球面上各点的电场强 度方向沿Q和该点的连线背离Q；如图乙所示，若Q为 ⁠ 电荷，电场强度方向沿Q和该点的连线指向Q。 正　 负　 目录 物理·必修第三册 2. 均匀带电球体（或球壳）在球的外部产生的电场，与一个位于球 心，电荷量相等的点电荷在同一点产生的电场相同。 目录 物理·必修第三册 3. 电场强度的叠加 电场中某点的电场强度等于各个点电荷单独在该点产生的电场强度 的 ⁠。 例如，图中P点的电场强度E等于点电荷Q1在该点产生的电场强度E1 与点电荷Q2在该点产生的电场强度E2的 ⁠。 矢量和　 矢量和　 目录 物理·必修第三册 【情景思辨】 　A为已知电场中的一固定点，在A点放一电荷量为q的试探电荷B，B 所受电场力为F，A点的电场强度为E，判断下列说法的正误。 （1）若在A点换上电荷量为－q的试探电荷，A点电场强度方向发生变 化。 （　×　） （2）若在A点换上电荷量为2q的试探电荷，A点的电场强度将变为 2E。 （　×　） （3）若移去试探电荷B，A点的电场强度变为零。 （　×　） （4）A点电场强度的大小、方向与试探电荷的有无及电荷量的大小、 正负均无关。 （　√　） （5）情景中所给的物理量满足F＝Eq。 （　√　） × × × √ √ 目录 物理·必修第三册 核心要点·快突破 互动探究 深化认知 02 目录 要点一　电场　电场强度 【探究】 　把同一试探电荷放在电场中的不同位置，由图可知，该试探电荷在 不同位置所受的静电力的大小和方向不相同，这说明各点的电场的强 弱和方向不相同。 目录 物理·必修第三册 （1）用什么物理量表征电场的强弱？如何定义这个物理量？ 提示：（1）电场强度。可以通过试探电荷受力来定义。 （2）同一位置，放不同试探电荷，试探电荷受力越大，则该位置电 场强度越大吗？ 提示：（2）E与F无关，E与试探电荷q无关。 目录 物理·必修第三册 【归纳】 1. 公式E＝是电场强度的定义式，适用于一切电场，因为E与F、q无 关，所以不能认为E∝F，E∝。但定义式给出了一种测量电场强度 大小的方法。 2. 电场中某一点的电场强度是唯一的，与试探电荷无关，它取决于形 成电场的电荷（场源电荷）及空间位置。 3. E＝变形可得F＝qE，该式表明，如果已知电场中某点的电场强度 E，便可计算在电场中该点放任意电荷量的带电体所受的静电力大 小，即电场强度E是反映电场的力的性质的物理量。 目录 物理·必修第三册 【典例1】　由电场强度的定义式E＝可知，在电场中同一点（　　） A. 电场强度E跟F成正比，跟q成反比 B. 无论放入电场中的电荷q值多大，F与q的比值都相同 C. 先后放入带电荷量为＋q和－q的电荷，所受电场力等大反向，电场 强度分别为E和－E D. 如果没有放入电荷q，那么该点的电场强度一定为零 目录 物理·必修第三册 解析：电场强度E＝是采用比值法定义的，不能认为电场强度E跟F 成正比，跟q成反比，故A错误；电场强度取决于电场本身，与试探电 荷的电荷量多少和受力大小无关，试探电荷所带的电荷量变化时，在 电场中的同一点受到的电场力与所带电荷量的比值都相同，故B正 确；电场强度的方向与正试探电荷受到的静电力方向一致，与负试探 电荷受到的静电力方向相反，但电场强度不因试探电荷的变化而变 化，故C错误；电场强度取决于电场本身，与有无试探电荷无关，故 D错误。 目录 物理·必修第三册 1. 在电场中的某点放入电荷量为－q的试探电荷时，测得该点的电场 强度为E；若在该点放入电荷量为＋3q的试探电荷，此时测得该点 的电场强度（　　） A. 大小为3E，方向和E相反 B. 大小为E，方向和E相同 C. 大小为3E，方向和E相同 D. 大小为E，方向和E相反 目录 物理·必修第三册 解析：　电场强度是描述电场的强弱和方向的物理量，大小等于 试探电荷所受的电场力F与试探电荷所带的电荷量q的比值，由电场 本身决定，故与试探电荷的有无、电性、电荷量的大小无关；故在 该点放入电荷量为－q的试探电荷时电场强度为E，改放电荷量为＋ 3q的试探电荷时电场强度大小仍为E，方向不变，故B正确，A、 C、D错误。 目录 物理·必修第三册 2. 电场中A点的电场强度为E，方向水平向右。若在A点放一电荷量为 ＋q的试探电荷，则它受到的电场力大小为F；若在A点放置一个电 荷量为－2q的试探电荷，下列说法正确的是（　　） A. A点的电场强度方向变为水平向左 B. A点的电场强度变为2E C. 电荷量为－2q的试探电荷受到的电场力方向水平向左 D. 电荷量为－2q的试探电荷受到的电场力大小也为F 目录 物理·必修第三册 解析：　电场强度是反映电场本身性质的物理量，与试探电荷的 正负和大小无关，故在A点放一个负试探电荷时，A点的电场强度方 向仍水平向右，大小仍为E，A、B错误；负电荷的受力方向与电场 方向相反，由F＝qE可知，电荷量为－2q的试探电荷所受的电场力 大小为2F，方向水平向左，C正确，D错误。 目录 物理·必修第三册 要点二　点电荷的电场　电场强度的叠加 1. E＝与E＝k的比较 公式 E＝ E＝k 本质区别 定义式 决定式 适用范围 一切电场 真空中点电荷的电场 Q或q的意义 q表示引入电场的（试探、检验）电荷的电荷量 Q表示产生电场的点电荷 （场源电荷）的电荷量 关系 E用F与q的比值来表示，但E的大小与F、q的大小无关 E不仅用Q、r来表示，且 E∝Q，E∝ 目录 物理·必修第三册 2. 电场强度的叠加 （1）电场强度是矢量，遵循矢量运算法则。 （2）同一直线上电场强度叠加，可以把矢量运算转化为代数运 算，同向相加，异向相减。 （3）不在同一条直线上时，运用平行四边形定则合成运算。 目录 物理·必修第三册 A. 以点电荷Q为中心，r为半径的球面上各处的场强相同 B. 当r→0时，E→∞；当r→∞时，E→0 C. 点电荷Q产生的电场中，各点的场强方向一定背离点电荷Q向外 D. 在点电荷Q的电场中，某点的场强大小与Q成正比，与r2成反比 【典例2】　下列关于点电荷的场强公式E＝k的几种不同的 理解，正确的是（　　） 目录 物理·必修第三册 解析：以点电荷Q为中心，r为半径的球面上各处的场强大小 相等，方向不同，因为场强是矢量，所以场强不同，故A错 误；r→0时，带电体已不能看成点电荷了，点电荷的场强公 式E＝k不再适用，故B错误；点电荷Q产生的电场中，各点 的场强方向与点电荷的性质有关，正点电荷产生的电场中， 各点的场强方向背离点电荷Q向外，负点电荷产生的电场中， 各点的场强方向指向点电荷Q向内，故C错误；在点电荷Q产 生的电场中，场强公式E＝k为决定式，所以某点的场强大 小与Q成正比，与r2成反比，故D正确。 目录 物理·必修第三册 【典例3】　如图所示，M、N和P是以MN为直径的半圆弧上 的三点，O点为半圆弧的圆心，∠MOP＝60°。电荷量大小相 等、电性相反的两个点电荷分别置于M、N两点，这时O点电 场强度的大小为E1；若将N点处的点电荷移至P点，则O点的 电场强度大小变为E2。那么E1与E2之比为（　　） A. 1∶2 B. 2∶1 C. 2∶ D. 4∶ 目录 物理·必修第三册 解析：依题意，每个点电荷在O点产生的场 强大小为，则当N点处的点电荷移至P点 时，O点场强如图所示，合场强大小为E2＝ ，则E1∶E2＝2∶1，B正确。 目录 物理·必修第三册 1. （多选）真空中距点电荷（电荷量为Q）为r的A点处，放一个带电 荷量为q（q≪Q）的点电荷，q受到的电场力大小为F，则A点的电 场强度为（　　） A. B. C. k D. k 解析：　E＝中q指的是试探电荷的电荷量，E＝中Q指的是场 源电荷的电荷量，故B、D正确。 目录 物理·必修第三册 2. 如图所示，四个点电荷所带电荷量的绝对值均为Q，分别固定在正 方形的四个顶点上，正方形边长为a，则正方形两条对角线交点处 的电场强度（　　） A. 大小为，方向竖直向上 B. 大小为，方向竖直向上 C. 大小为，方向竖直向下 D. 大小为，方向竖直向下 目录 物理·必修第三册 解析：　四个点电荷的电荷量相等，两条对角线上 的电荷都是一对等量异种点电荷，在交点处的电场强 度的方向指向负电荷，且大小相等，如图所示，则合 电场强度的方向竖直向下。任意一对等量异种点电荷 的合电场强度E＝2×＝，所以合电场强度E合 ＝，故A、B、D错误，C正确。 目录 物理·必修第三册 教学效果·勤检测 强化技能 查缺补漏 03 目录 1. （多选）下列选项中的图像是电场中某点的电场强度E及试探电荷 所受电场力F与放在该点处的试探电荷所带电荷量q之间的函数关系 图像，其中正确的是（　　） 解析：电场中某点的电场强度与试探电荷无关，A正确，B错误；由F＝qE可知，F-q图线为过原点的倾斜直线，D正确，C错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 物理·必修第三册 2. 如图所示，O、P、Q三点不在一条直线上，＜，在O处有一 正点电荷。若P、Q两点的电场强度分别为EP、EQ，则（　　） A. EP＜EQ，且方向相同 B. EP＞EQ，且方向相同 C. EP＜EQ，且方向不同 D. EP＞EQ，且方向不同 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 物理·必修第三册 解析：　根据正电荷在该点的受力方向为该点电场强度的方向， 可知P点与Q点的电场强度方向不同。由点电荷的电场强度公式可 得EP＝，EQ＝＜，所以EP＞EQ，选项D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 物理·必修第三册 3. 如图所示，A、B、C三点的连线构成一个等腰直角三角形，∠A是 直角。在B点放置一个电荷量为＋Q的点电荷，测得A点的电场强度 大小为E。若保留B点的电荷，再在C点放置一个电荷量为－Q的点 电荷，则A点的电场强度大小等于（　　） A. 0 B. E C. E D. 2E 解析：　正电荷Q在A点产生的电场强度为E，沿BA方向，负电荷 Q在A点产生的电场强度也为E，方向沿AC方向，根据电场强度的叠 加可知E合＝＝E，故C正确，A、B、D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 物理·必修第三册 4. 如图所示，真空中一条直线上有四点A、B、C、D，AB＝BC＝ CD，只在A点放一电荷量为＋Q的点电荷时，B点电场强度为E，若 又将等量异种的点电荷－Q放在D点，则（　　） A. B点电场强度为E，方向水平向右 B. B点电场强度为E，方向水平向右 C. B点的电场强度大于C点的电场强度 D. BC线段的中点电场强度为零 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 物理·必修第三册 解析：　只在A点放正电荷时，B点的电场强度为E＝k，又将等 量异种的点电荷－Q放在D点后，B点的电场强度大小为EB＝k＋ k＝E，方向水平向右，故A错误，B正确；此时C 点的电场强度大小为EC＝k＋k＝E方向水平向右，与B点 的电场强度相同，故C错误；Q和－Q在BC线段的中点产生的电场 强度大小相等，方向相同，叠加后合电场强度不为零，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 物理·必修第三册 04 课时训练·提素能 分层达标 素养提升 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 考点一　电场　电场强度 1. （多选）关于电场，下列说法正确的是（　　） A. 电荷周围一定存在着电场 B. 电场不是客观存在的，是人们虚构的 C. 电荷间的相互作用是通过电场产生的，电场最基本的性质是对放在 其中的电荷有力的作用 D. 电场只能存在于真空中和空气中，不可能存在于物体中 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 物理·必修第三册 解析：　电荷周围存在着电场，电场对放在其中的电荷有力的 作用，电荷之间的相互作用是通过电场发生的，A、C正确；电场 是一种物质，它与其他物质一样，是客观存在的，在真空中、空气 中、导体中都能存在，B、D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 物理·必修第三册 2. 如图所示为在一电场中的a、b、c、d四个点分别引入试探电荷时， 电荷所受的静电力F跟引入的试探电荷的电荷量之间的关系，下列 说法正确的是（　　） A. 该电场是匀强电场 B. 这四点的场强大小关系是Ed＞Eb＞Ea＞Ec C. 这四点的场强大小关系是Eb＞Ea＞Ec＞Ed D. 无法比较这四点场强的大小 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 物理·必修第三册 解析：　对于电场中给定的位置，放入电荷量不同的试探电荷， 它们受到的静电力不同，但是静电力F与试探电荷的电荷量q的比值 （即场强E）是不变的量，因为F＝qE，所以F跟q的关系图线是一 条过原点的直线，该直线斜率的绝对值表示场强的大小，由此可得 Ed＞Eb＞Ea＞Ec，故选项B正确，A、C、D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 物理·必修第三册 3. 在电场中A点放一个＋2×10－6 C的电荷，受到的静电力为4×10－4 N，把电荷拿走后，A点的电场强度为（　　） A. 0 B. 2×102 N/C C. 5×10－3 N/C D. 无法确定 解析：　电场强度与检验电荷无关，所以把电荷拿走后，A点 的电场强度仍为E＝＝ N/C＝2×102 N/C，B正确，A、 C、D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 物理·必修第三册 考点二　点电荷的电场　电场强度的叠加 4. 如图所示，a、b两点位于以负点电荷－Q（Q＞0）为球心的球面 上，c点在球面外，则（　　） A. a点电场强度与b点电场强度相同 B. a点电场强度的大小比c点大 C. b点电场强度的大小比c点小 D. 条件不足，无法判断a、b、c三点的电场强度大小 关系 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 物理·必修第三册 解析：　根据点电荷电场强度的计算公式E＝k可知，a点电场强 度大小和b点电场强度大小相等，但是方向不同，故A错误；a点到 点电荷的距离比c点近，则a点电场强度的大小比c点大，同理可 知，b点电场强度的大小比c点大，故B正确，C、D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 物理·必修第三册 5. 公式E＝①和公式E＝k②分别为电场强度的定义式和点电荷的场 强公式。下列说法中正确的是（　　） A. ①式中的场强E不是①式中的电荷q所产生的电场的场强，②式中 的场强E是②式中的电荷q所产生的电场的场强 B. ①式中的F是放入某电场中的电荷所受的力，q是产生这个电场的电 荷 C. ②式中的场强E是某电场的场强，q是放入此电场中的电荷 D. ①②两式都只对点电荷产生的电场才成立 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 物理·必修第三册 解析：　①式中的场强E不是①式中的电荷q所产生的电场的场 强，②式中的场强E是②式中的电荷q所产生的电场的场强，故A正 确；①式中的F是放入某电场中的电荷所受的力，q是放入这个电场 中的电荷，故B错误；②式中的场强E是某电场的场强，q是产生此 电场的电荷，故C错误；公式E＝是电场强度的定义式，适用于任 何电场，而②式只对点电荷产生的电场才成立，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 物理·必修第三册 6. 如图所示，边长为l的正三角形ABC的三个顶点上各有一点电荷， B、C两点处的电荷所带电荷量均为＋q，A点处的点电荷所带电荷 量为＋3q，则BC边中点D处的电场强度大小为（　　） A. B. C. D. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 物理·必修第三册 解析：　根据点电荷的电场强度公式可知，点电荷B、C在D点合 电场强度为0，点电荷A在D点的电场强度EA＝k＝ 所以D处的电场强度大小为ED＝EBC＋EA＝故选A。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 物理·必修第三册 7. 如图所示，真空中a、b、c、d四点共线且等距。先在a点固定一点 电荷＋Q，测得b点场强大小为E。若再将另一等量异种点电荷－Q 放在d点，则（　　） A. b点的场强比c点的大 B. c点的场强大小为E C. b点的场强方向向左 D. c点的场强方向向左 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 物理·必修第三册 解析：　设ab＝bc＝cd＝L，点电荷＋Q在b点产生的场强大小为 E，方向水平向右，则E＝；点电荷－Q在b点产生的场强大小为 E1＝＝E，方向水平向右，所以此时b点的场强大小为Eb＝E ＋E＝E，方向水平向右。由对称性可知，c点的场强大小也为 E，方向水平向右，故B正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 物理·必修第三册 8. 如图所示，真空中有一等边三角形ABC，边长d＝0.30 m。在A点固 定一电荷量q1＝＋3.0×10－6 C的点电荷，静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2，求： （1）点电荷q1产生的电场在C处的电场强度E1大小； 答案：3×105 N/C　 解析：由点电荷电场强度公式有E1＝k 代入数据得E1＝3×105 N/C。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 物理·必修第三册 （2）在B点固定另一个q2＝－3.0×10－6 C点电荷，则C处合电场强 度E的大小及方向； 答案：3×105 N/C　方向水平向左　 解析：点电荷q2在C点产生的电场强度大小E2＝E1 根据平行四边形定则有E＝2E1cos 60° 代入数据得E＝3×105 N/C，方向水平向左。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 物理·必修第三册 （3）试探电荷q3＝＋5.0×10－7 C放在C处受到的静电力F大小。 答案：0.15 N 解析：电荷q3在C处受到的静电力F＝qE 代入数据得F＝0.15 N。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 物理·必修第三册 9. 如图所示的真空空间中，仅在正方体的黑点处存在着电荷量大小相 等的点电荷，则图中a、b两点电场强度相同的是（　　） 解析：　由正、负点电荷的电场强度特点及电场强度的叠加原理 可知，只有选项C正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 物理·必修第三册 10. 如图所示，AB为等量同种点电荷间的连线，CB垂直AB且∠CAB＝ 30°，D为AC的中点。若已知D点的电场强度大小为E，则C点的电 场强度大小为（　　） A. E B. E C. E D. E 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 物理·必修第三册 解析：　根据几何关系可知，D到A、B两点间的距离 等于AC的一半，也等于BC，根据点电荷电场强度的方 向可知，两点电荷在D点的电场强度方向夹角为120°， 由点电荷电场强度公式E＝及电场强度叠加原理可 知，它们在D点的电场强度大小相等，且都为E；那么A点电荷在C点的电场强度大小为，B点电荷在C点的电场强度大小为E，方向如图所示。（以A、B处点电荷均为正点电荷为例），根据平行四边形定则，结合余弦定理，可得C点的电场强度大小为EC＝E，故B正确，A、C、D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 物理·必修第三册 11. 如图所示，质量为m的小球A穿在绝缘细杆上，杆的倾角为α，小 球A带正电，电荷量为q。在杆上B点处固定一个电荷量为Q的正电 荷。将A由距B竖直高度为H处无初速度释放，小球A下滑过程中电 荷量不变。不计A与细杆间的摩擦，整个装置处在真空中，已知静 电力常量k和重力加速度g。求： （1）A球刚释放时的加速度大小； 答案：gsin α－　 解析：对A球，由牛顿第二定律可知mgsin α－F库＝ma 根据库仑定律得F库＝k又r＝ 解得a＝gsin α－。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 物理·必修第三册 （2）当A球的动能最大时，A球与B点的距离。 答案： 解析：当A球受到的合力为零时，加速度为零，动能最大，设 此时A球与B点间的距离为d，则有mgsin α＝， 解得d＝。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 物理·必修第三册 $